從微小尺寸領域發揮Micro LED大能量

Micro LED領域正迎來一波又一波的新品新技術、項目建設以及新一輪融資落地。據LEDinside不完全統計,2023上半年,共計約29項Micro LED新品新技術發布,包括產業上中游的晶圓、晶片、器件、背板材料、驅動晶片、生產設備、微顯示器,產業下游顯示螢幕、車燈,終端的消費級電視、AR眼鏡等。約有17項Micro LED最新研究成果發布;6項Micro LED項目進入簽約、開工、建設、開業等狀態;約有5家Micro LED相關企業獲得最新一輪的投融資資金。

行業內的種種動態似乎都在預示,2023年可能是Micro LED走入規模化量產與商業化應用的重要轉折點。

的確,在LED行業大量資源投入下,Micro LED技術每年都在一步一腳印地進步當中,面對巨量轉移、晶片效率與均勻性等問題,廠商提出了各類解決方案,Micro LED性能得以提升。

但從終端產品價格,應用產品數量來看,性能、生產效率、成本的優化尚未能支撐Micro LED的大規模應用,現階段的Micro LED還難以與市場主流顯示技術進行競爭,特別是在目前Micro LED主要應用的大尺寸顯示領域,Micro LED產品的需求尚未起量。

以電視產品為例,去年,三星在中國推出的110吋Micro LED電視,售價達到驚人的105萬人民幣,同尺寸下的4K液晶電視價格僅約為1萬~5萬人民幣不等。因此,對於這款Micro LED電視產品,消費者更多是以看熱鬧的心態對待,市場並不買單。

要讓Micro LED在現階段打開電視市場普及大門,難免不太實際,在商顯和專業顯示等主要大型顯示應用領域,近年Micro LED的需求也並未出現明顯增長趨勢。

TrendForce集邦諮詢曾指出,Micro LED大型顯示器目前尚未實現大規模量產,還需要突破畫素均勻性、巨量轉移效率、玻璃背板金屬化良率等關鍵技術瓶頸。

儘管大尺寸顯示的規模化應用及需求起量仍需一段時間,但產業鏈相關廠商在新品開發等方面都取得了新進展:


 

面對Micro LED大尺寸顯示關鍵技術問題,企業也在積極做著最新的技術部署,例如,成立僅3年時間的辰顯光電就已針對巨量轉移、驅動架構、無縫拼接、混bin技術問題,自主開發了高速巨量轉移技術、玻璃基薄膜晶體管(TFT)混合驅動方案、TFT基雙面LTPS-TFT背板製程、混合裝配技術等,在LED企業大力發展Micro LED大尺寸應用的同時,智慧手錶、AR眼鏡等終端產品興起帶動了對微小尺寸Micro LED的需求,這使得Micro LED另一關鍵應用逐漸浮現。

穿戴、頭戴設備:Micro LED商業化應用關鍵之路

年初,蘋果計劃將Micro LED導入Apple Watch中的消息傳出後,讓LED行業的關注點落在大尺寸顯示以外的微小尺寸應用中。蘋果為何在未來智慧手錶採用Micro LED螢幕?從其現有產品問題中即可發現緣由。

由於應用場景複雜,且搭載功能較多,智慧手錶的顯示螢幕需兼顧高幀率、高亮度及低功耗的特點,讓消費者能夠長時間佩戴進行不同的活動。

做為行業內率先推出智慧手錶的蘋果,Apple Watch目前採用LTPO OLED方案,該方案實現螢幕刷新率的自適應,降低功耗,並將產品亮度保持到最高1000~2000nits亮度。

在續航方面,採用LTPO OLED的Apple Watch最長續航為18~36小時,但從眾多消費者的反饋來看,實際上大部分時間裡Apple Watch都需要一天一充。這不僅是因為螢幕顯示增加耗能的原因,還因為Apple Watch強大的性能與功能帶來了副作用,包括:64位雙核的S8晶片、震動模塊、全天候健康監控、豐富應用軟體等都大大增加耗能。

因此,蘋果未來除需要一塊更大容量電池外,還需要一個更能適配Apple Watch的顯示技術,而Micro LED因擁有更高解析度與亮度,更省電等特點成為了關鍵方案之一。

對於Micro LED行業而言,穿戴設備需求的出現,為Micro LED技術應用指出了新方向。TrendForce集邦諮詢認為,Micro LED穿戴設備的推出,是Micro LED由技術開發邁入應用量產階段的重要分水嶺。

一般智慧手錶的解析度約20萬畫素,即每部裝置使用的LED數量約70~80萬顆,加上僅約2吋左右的大小,偏小的面積搭配為數不多的LED數量,對於巨量轉移等生產技術的要求門坎相對低。

因此,穿戴設備是驗證Micro LED做為顯示面板量產可行性上的應用首選,是接下來幾年建構Micro LED紮實需求的關鍵應用之一,可帶動更多晶片廠商加入,加快Micro LED成本壓縮速度。

穿戴設備是未來探索Micro LED商業化發展的重要應用,而另一微小尺寸應用AR/VR頭戴設備也將是未來探索Micro LED發展的關鍵。

相較穿戴設備,Micro LED在頭戴設備上的發展應用更早一些,尤其是AR設備上,李未可、Vuzix、Tooz、努比亞等企業均已發布Micro LED AR眼鏡。未來在元宇宙概念的帶動下,AR/VR設備性能將繼續提升,這無疑需要更高階顯示技術加持。



▲ 部分搭載Micro LED的AR眼鏡。
 

Micro LED微小尺寸應用發展潛力不可小視,根據TrendForce集邦諮詢預估,在大型顯示器與穿戴裝置應用量產的帶動下,2023年Micro LED晶片的產值將達2,700萬美元,年成長92%。預計Micro LED將率先在Apple Watch應用,2026~2030年Micro LED技術應用範圍則有機會擴大至AR眼鏡、手機、車用顯示等裝置。

LED廠商加速破解Micro LED微小尺寸應用困局

無疑,穿戴、頭戴設備在Micro LED發展道路上扮演著重要角色,但還是需要稍許時間待技術成型,進而吸引下游企業應用。

相較大尺寸顯示,儘管Micro LED微小尺寸產品生產難度相對較低,但同樣仍面臨著光效、散熱、壽命、全彩化顯示、巨量轉移效率等問題,所幸,國內外企業都在加速破解技術難題,努力打破Micro LED微小尺寸應用困局。

LEDinside近期通過與上下游企業的對話中了解到,國內知名LED企業均看好未來Micro LED在AR/VR、智慧手錶等微小尺寸應用的發展前景,並在全力攻堅相關Micro LED難題中。

華燦光電:Micro LED的外延和晶片主要面向大尺寸顯示、車用、穿戴等應用市場。華燦表示,公司擁有豐富的外延到晶片的製造經驗,目前正與上下游廠商聯合解決Micro LED全彩化、巨量轉移等問題,部分技術已產品化落地。在中小尺寸晶片上,華燦與合作夥伴聯手提升效率與良率中。在應用上,華燦正在與頭部頭戴、穿戴產品廠商洽談合作中。

晶能光電:晶能光電圍繞大尺寸矽襯底LED技術展開Micro LED外延、晶片和全彩化的研究,同步推動基於CMOS背板驅動Micro LED微顯模組和基於巨量轉移的Micro LED COC晶片產業化開發。

晶能的矽襯底GaN基Micro LED近紫外、紅、綠、藍外延片已被國內外相關企業和科研機構廣泛採用。晶能已完成5微米pitch的紅、綠、藍Micro LED顯示陣列開發,同時也在積極開始基於大尺寸矽襯底、低成本的10微米-50微米倒裝及垂直Micro LED COC技術開發。

乾照光电:在Micro LED領域,乾照配合客戶開發手錶應用方向的高光效技術,提升超小電流密度下的發光效率,GaN材料峰值效率對應的電流密度已經小於0.3A/cm2;同時,乾照已開發出垂直Micro LED 晶片樣品可以供客戶試樣。三合一晶片產品方面,配合終端持續優化產品性能和可靠性,並爭取在年內實現產品級量產。

上半年,乾照獲得多個Micro LED專利,涉及巨量轉移、晶片製備、顯示裝置及製作等;總投資約14億元的Mini/Micro 、高光效LED 晶片研發及製造項目在建設當中。

賽富樂斯:在Micro LED領域,賽富樂斯在8月發布了0.39吋用於VR/AR的NPQD全彩顯示螢幕,峰值亮度達到25萬尼特。公司同時發布了0.12吋用於AR紅光顯示螢幕,通過高EQE的藍光加高效率的色彩轉換技術,解決現在困擾業界的紅光效率低,可靠性差的關鍵問題。

在Micro LED晶片領域,除了商顯大螢幕外,賽富樂斯還在與手錶/車載螢幕生產商合作,定制開發M系列Micro LED晶片產品。通過NPQD納米孔量子點技術,賽富樂斯能夠實現晶片級原位色彩轉換及原位全彩化,顯著提高巨量轉移良率,並解決紅光熱衰減等問題。

國星光電:在Micro LED領域,國星光電已突破巨量轉移和巨量鍵合雙重技術難題,綜合良率達99.99%。重點在Micro LED的幾種優勢應用領域進行產品與技術布局,包括超大尺寸顯示螢幕用MIP分立器件、AR眼鏡用矽基Micro LED微顯示螢幕等。

國星表示,面對紅光LED低光效、全彩化、巨量轉移等難題,公司已開發出高一致性畫素化量子點色轉換彩膜光刻製備技術,實現了<0.1mm畫素間距的量子點色轉換彩膜均勻製備,有望應用在智慧穿戴產品上。

兆馳股份:兆馳半導體已具備從LED襯底到晶片的完整布局,產能規模領先,成本優勢明顯。在同製程端,兆馳通過升外延生長中的波長均勻性,優化晶片製程精細度,來為Micro LED的投產做準備。

今年上半年,兆馳晶顯則表示,針對Mini/Micro LED的技術研發和製程創新成立了專門的工程實驗中心,全力攻堅Micro LED技術,並布局AR/VR產品以及微顯示螢幕產品。

此外,LEDinside注意到,截至目前,2023年,在Micro LED微小尺寸領域上,國內外眾多LED相關企業也不斷獲得最新技術突破,助力Micro LED實現量產和商業化應用:



 

總結

不可否認,Micro LED技術的發展將會是漫長的過程,但Micro LED技術一直在進步的路上。近年微小尺寸應用的興起,更是讓Micro LED擴大了發展空間,也為Micro LED商業化應用帶來新的希望。在眾多企業對Micro LED技術不斷優化的背景下,未來,微小尺寸與大尺寸應用將成為拉動Micro LED需求的兩架關鍵馬車。

(文:LEDinside Irving)

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